太空望远镜|天文学的未来前景：NASA的詹姆斯韦伯太空望远镜
每增加一英寸的孔径 ， 每增加一秒钟的观测时间 ， 每从望远镜的视场中移除一个大气干扰中的原子 ， 在你的眼中能呈现一个更加深邃、清晰的宇宙 。 在1990年 ， 当哈勃太空望远镜开始探测工作时 ， 它在天文领域开辟了一个新的时代：天基天文学 。 我们不再需要与大气层作斗争 ， 也不需要关心云层和大气湍流 。 我们所需要做的就是把望远镜对准目标 ， 固定它 ， 然后收集光子 。 在此后的二十五年 ， 我们开始用天基天文台覆盖整个电磁光谱 ， 第一次真正看到了宇宙在每段光波下是什么样子 。
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【太空望远镜|天文学的未来前景：NASA的詹姆斯韦伯太空望远镜】但是当我们知识增长的同时 ， 我们对未知事物的深层次理解也在增长 。 我们在宇宙看得越远 ， 我们对过去的时间也看得越远：自宇宙大爆炸以后的有限光速以及有限间使我们所能看到的也是有限的 。 而且 ， 宇宙本身也在不停膨胀 ， 这对我们观察宇宙是不利的 ， 不利体现在星光穿越宇宙到达我们眼中时波长会被拉长 。 即使是能让我们看到宇宙中最深邃、最壮观景象的哈勃望远镜 ， 在这方面上也是有限的 。
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GOODS-SOUTH视场（哈勃望远镜的组成部分） 。 图片来源：美国国家航空航天局 ， 欧洲航天局 ， R.温德霍斯特, S.科恩, M.梅奇利,M.拉特科夫斯基（坦佩市亚利桑那州立大学） ， R.奥康奈尔(弗吉尼亚大学) ， P.麦卡锡（卡内基天文台） ， N.哈蒂（加州大学河滨分校） ， R.莱恩（加利福尼亚大学戴维斯分校） ， H.扬（俄亥俄州立大学） ， A.考克曼（太空望远镜科学研究院） 。
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GOODS-SOUTH视场（哈勃望远镜的组成部分） 。 图片来源：美国国家航空航天局 ， 欧洲航天局 ， R.温德霍斯特 ， S.科恩 ， M…[+]
哈勃望远镜是一个神奇的设备 ， 但它在很多方面也受到了限制：
·它仅有2.4米的半径 ， 这会使它的分辨率受到影响导致我们不能看得更远 。
·尽管它全身包裹着反光材料 ， 由于整天都会受到阳光的直接照射 ， 还是会有所升温 。 由于热效应的影响 ， 吸收的热量意味着它不能观测到超过1.6微米的光波 。
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·光收集受到限制以及它感到敏感的波段 ， 这两者结合之后意味着它只能看到大约500岁时的星系 。
如今 ， 我们大约能观测到宇宙现在年龄4%的星系 。 但我们知道 ， 恒星和星系的存在比那还要更早 。
如果我们想要观测到更远的宇宙 ， 我们的仪器需要对接收到的波段有更高的敏感度 。 这意味着在更低的温度下 ， 使用比哈勃还要大的望远镜从太空中获取更长的波长 。 这是看到更远宇宙的方法 ， 也是为什么我们正在建造詹姆斯韦伯太空望远镜 。
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图片来源：美国国家航空航天局/韦伯太空望远镜/哈勃太空望远镜
詹姆斯韦伯太空望远镜（JWST）的正是为了克服这些限制而研究设计出的：直径6.5米的聚光区（捕捉到的光线是哈勃望远镜的七倍之多） ， 能够做大约600纳米到6微米的超高分辨率光谱学（大约是哈勃望远镜能捕捉到的波长的4倍） ， 能够进行中红外观测 ， 并且和以往相比有更高的灵敏度 ， 能够自动把所有的东西冷却到冥王星的温度以下 ， 也能够主动使中红外仪器降温到只有7开尔文 ， 詹姆斯韦伯太空望远镜应该有能力去做其他望远镜所无法做的科学研究 。
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图片来源：美国国家航空航天局/韦伯太空望远镜
显然 ， 这意味着：
我们能够观察最早形成的星系；
透过中性气体 ， 探索第一代恒星的形成和宇宙的再电离 ， 对大爆炸之后不久形成的第一批恒星（第三星族星）进行光谱分析；
可能还会有一些惊人的发现 ， 比如发现宇宙中最早的超大质量黑洞和类星体是如何形成的 。
我们通过韦伯望远镜所学到的科学知识与我们曾经所学过的任何东西都不同 ， 这也是为什么韦伯太空望远镜被选为美国国家航空航天局2010年代的旗舰任务 。
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